输电线路的防雷措施刍议

2009-06-04杨文升

科技传播 2009年24期

关键词：输电线路装置措施

杨文升

摘要本文对输电线路雷击的原因进行了分析,并通过装置改造提出了几项可行性的措施。

关键词输电线路;装置;措施

中图分类号 TM75文献标识码 A 文章编号 1674-6708(2009)10-0030-02

0 引言

输电线路的分布范围极广,长的有几百千米甚至上千千米,短的也有数千米,所跨越的地形条件、气候环境复杂,有山岭、河流、平原等,所以极容易遭受雷击。线路受雷击后,极易引起输电线路跳闸,轻则导致对用户的少送电、损坏供电设备;重则者会引发电网事故,造成更大的损失。所以,输电线路的防雷是电力部门的工作重点和日常维护工作之一。

1 线路雷击的原因分析

某地区近几年输电线路的运行情况以及雷击数据,如表1所示:

由表1的数据分析可得,1996年开始,随着输电线路长度的增加,线路遭受雷击而跳闸亦较频繁,所以自2000年始,该局重视了线路的防雷工作后,输电线路每百公里遭受雷击跳闸的次数下降了,可靠性得到了提高。

通常雷击有3种主要形式:一是直击雷;二是感应雷(二次雷);三是球形雷。由于输电线路的电压较高,雷电对输电线路的危害主要是由直击雷引起的。它主要通过3种途径入侵输电线路:一是雷击杆塔顶;二是雷击避雷线(架空地线);三是雷击绕过避雷线击于导线。

根据观察统计,输电线路的杆塔大多是在半山腰或平原,小部分在山顶。通过分析易受雷击的杆、塔以及导线、地线的地理位置以及杆塔位置的土壤电阻率、接地电阻、架空地线与铁塔的连接接、地网与杆塔的连接等情况,受雷击的住往是架设在山腰或地势不是很高的杆塔和线路的地线、导线,而并非是比线路要高的树木、山岗或者是在山顶的杆塔,而且位于山顶的杆塔和导线遭受雷击的概率并不比位于山腰或平原的杆塔和导线要高很多,易受雷击的杆塔均处于空气潮湿、温暖,气流运动较强、活动变化较频繁,而且是土壤电阻率相对较低的地方,如:半山的风口位置;一侧为开阔地带而另一侧为山丘的地带;四周围是山,附近土地湿润的地方。

这是因为山腰、平原的空气潮湿、温暖使雷云与大地之间的电场介质的绝缘低于山顶而遭雷击,而且,地表的电导对雷电也有影响,导电良好的地质(如低土壤电阻率的地表)比难以导电的地质易于引雷。所以,雷电除了具有对尖端放电的特性外,更具有沿最短路径放电(电抗最小的路径) 的特性。当雷电云对地电阻较大(雷电云对地之间的电场介质的绝缘高)时,雷电云并不容易放电,雷电云随风移动而且是继续积累电荷,当其遇到其最低的放电路径时,就会产生放电;或者当雷电云相对静止时,电荷积累得越来越多,当它达到产生足够高的放电电压的时侯,其破坏力就越大。避雷针的尖端放电原理:由于避雷针较高并且与大地有良好的接触,当避雷针置于空中雷电云对地这个雷电场范围时,在针尖上因静电感应而积累了与雷电场相反极性的电荷,而使其附近的电场强度较其周围物体显著增强的缘故,即使是雷电场对地之间的电场介质的绝缘强度不变的情况下,此时雷电先导放电电场即开始被避雷针引起畸变,避雷针将雷电放电途径引向自己;此时雷电场能量通过避雷针放电,雷电场消失,使它不发生超过设备承受能力的大电流放电,从而起到保护的作用。

经过分析,雷击选择点有3个条件:一是形成雷云;二是存在易于形成雷电通道;三是存在易于引起先导放电电场畸变的物体;第一个是必须条件,第二、第三只要具备其中之一就有落雷的机会。所以,雷电的形成我们不能控制,但可以设法使雷电场提早对地放电,使雷电的放电电压和放电电流减少到设备可以承受的范围之内,从而减少其破坏。

我们分析了输电线路易遭受雷击的原因后得知,要降低其遭受雷击的概率,有两条途径:一是减少输电线路杆塔的接地电阻,使雷电场的放电电压降低、使电荷能迅速流入大地,从而保护输电设备;二是使输电线路的杆塔迁离雷电活动频繁的地点。对于第二个途径,由于涉及到线路走廊规划等一系列的问题,牵一发而动全身,而且费用较大,实施的可能性不大;第一个途径才是我们的工作重点。

2 对接地装置进行改造

为了有的放矢地对杆塔接地电阻进行改造,首先对所有频遭雷击的线路的杆塔接地网进行普查,以便对不符合设计要求的地网进行重点整改。在对地网的普查中,有相当部分易受雷击的杆塔,其接地电阻确实是偏大,但也有不少的杆塔,其接地电阻并没有偏大,有个别的还相当低,经过反复的测量,其结果还是一样(在误差的范围之内),在排除了测量方法不当和仪表仪器故障等问题之后,又对地网进行挖土检查接地体,并没有发现接地体受到较严重的腐蚀;复核了架空地线的防雷保护角,也没有发现问题;查阅了此输电线路的运行记录,发现此类杆塔在开始投运的2~3年内并没有受到雷击,而是之后才陆续受到雷击的;经过一系列详细地分析,认为主要的原因是架空地线与杆塔接地网之间的连接环节出了问题。于是,对架空导线至接地网之间的引下线的所有连接点进行认真检查,发现主要存在以下问题:

1)架空地线与杆塔接触不良。架空地线与直线铁塔或水泥杆只有一个悬挂点连接,接触面积太小,经长时

间运行后,接点氧化造成接触不良;

2)接地网的引线与铁塔脚接触不良或接触面过小;

3)电杆的避雷引下线接触不良(有部分是利用电杆的爬梯作为避雷线的引下线)。

通过认真细致地分析,认识到过去只单独强调降低杆塔接地网的阻值,而相对忽略了架空地线与铁塔及铁塔与接地网之间的连接;重新认识了线路防雷工作的方向之后,分期分批对输电线路进行以下4个方面的整改:

1)对达不到设计要求的杆塔地网进行整改;

2)改善接地网与杆、塔的连接(如对连接点除锈并涂导电膏,设置独立的避雷引下线等);

3)在架空地线与铁塔之间增加一条连接线(称为引流线)。改善架空导线与铁塔的连接效果,提高雷电流的通过能力;

4)在经常受到雷击的线路段,安装线路避雷器。雷击线路后,能及早释放雷电的能量,避免雷电波沿输

电线路入侵变电站的设备,造成输电线路调闸或设备损坏。

其中,第2、3点的作用除了能更有效地防止雷电直击导线外,还有以下作用:

1)对雷电流有分流作用,减小流入每一杆塔的雷电流,使杆塔顶电位下降;